1 引言 港口膠帶運輸機集中監(jiān)視控制系統(tǒng)（以下簡稱集控系統(tǒng)）的安全可靠性將直接影響到港口的經濟效益。為此，實現(xiàn)系統(tǒng)的綜合保護和集中監(jiān)控，是十分必要的。 以PCC為核心的集控系統(tǒng)與調度電話系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)一起，構成一個完整的操作、調度、監(jiān)視網絡，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控。該系統(tǒng)的實施，提高了港口貨物輸送的生產效率，降低了設備事故率并縮短了故障處理時間，還精簡了現(xiàn)場操作人員，提高了港口的整體經濟效益?！　? 2 集控系統(tǒng)及其數(shù)據通訊網絡的構成和功能 2.1 系統(tǒng)構成 作為傳統(tǒng)PLC產品的有益補充—— PCC（Programmable Computer Controller）即可編程計算機控制器是由奧地利貝加萊公司（B&R）于1994年率先推出的。它與PLC（可編程序控制器）和IPC（工業(yè)控制計算機）相比，既具有PLC的高可靠性、堅固性、靈活性和易擴展性，同時又擁有IPC的運算能力強、實時性好、編程方便的特點，也就是說，它融合了PLC和IPC的優(yōu)勢，特別是在人機交互、軟件編程、調試環(huán)境及在線調試監(jiān)測等方面具有一定的優(yōu)勢。 自上世紀90年代末，可編程計算機控制器（PCC）技術進入我國自動化領域以來，已經越來越廣泛地應用于我國的各類工業(yè)和其它行業(yè)，隨著國內一些重要水電輔機企業(yè)在調速器和勵磁控制方面的廣泛應用，其性能也得到越來越多的用戶青睞和認可。PCC技術已經逐漸掀起了一股自動化技術創(chuàng)新的潮流。 由于它具備了許多獨特的優(yōu)勢，較好地解決了工業(yè)控制領域中大家普遍關心的可靠、安全、靈活、方便和經濟等問題，使PCC正逐漸成為目前工業(yè)自動化領域中的最優(yōu)化選擇方案之一。基于通訊以及擴展能力方面的考慮，銅陵港口膠帶運輸機集控系統(tǒng)選擇了貝加萊公司的PCC 2005系列可編程計算機控制器（采用高性能Pentium級CPU模塊）作為該系統(tǒng)的主要控制核心，同時使用了多臺2003系列緊湊、高速型PCC（CP474型CPU模塊）作為各現(xiàn)場控制分站的控制部件及遠程I/O，它們與其它現(xiàn)場控制/檢測設備、集中監(jiān)控系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等配合，實現(xiàn)對該系統(tǒng)內多條皮帶輸送機全過程的監(jiān)控、監(jiān)測，構成了一個性能優(yōu)良、操作方便的港口膠帶運輸機集中監(jiān)視控制系統(tǒng)。 PCC控制器主要包括CPU模塊、數(shù)字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、高速計數(shù)器模塊等，作為主控原件它具有防潮、抗干擾能力強、現(xiàn)場易編程、易擴展，支持高級語言編程和基本免維護等優(yōu)點，并能夠實現(xiàn)軟件模塊化、自動檢測系統(tǒng)故障和遠程維護診斷等功能。此外，還可采用PCC自帶的通訊接口組成數(shù)據傳輸網絡（以太網、現(xiàn)場總線及自由串口），實現(xiàn)不同方式的數(shù)據通訊。 該集控系統(tǒng)采用分布式控制結構，由現(xiàn)場控制（主要含多個控制站及現(xiàn)場控制/檢測設備）和集中控制（主要含服務器、操作員站、工程師站、監(jiān)控中心和監(jiān)視屏）兩大部分構成。集中控制部分設于中央控制室,它與現(xiàn)場控制站之間的數(shù)據通訊采用以太網（TCP/IP協(xié)議），集中控制與綜合操作臺的監(jiān)控上位機之間同樣也通過以太網（TCP/IP）實現(xiàn)數(shù)據通訊；現(xiàn)場主控制站與各控制分站之間采用工業(yè)以太網實現(xiàn)數(shù)據通訊；現(xiàn)場控制站與傳感器之間通過現(xiàn)場總線進行連接（采用Modbus以及自由口通訊協(xié)議）；現(xiàn)場控制部分承擔對現(xiàn)場設備的控制和數(shù)據采集任務。該系統(tǒng)的通訊網絡主要采用工業(yè)以太網，在通訊距離長于1200米的兩個控制站之間必須加裝中繼器，在膠帶機端頭設置現(xiàn)場控制站。通過監(jiān)控網絡，可對整個系統(tǒng)的設備進行監(jiān)視和集中控制。其系統(tǒng)結構如圖1所示。 2.2 系統(tǒng)功能及特點 該系統(tǒng)采用實時監(jiān)控網絡結構，具備有完善的生產監(jiān)控管理功能，對膠帶運輸主要環(huán)節(jié)及相關輔助環(huán)節(jié)的生產過程進行實時數(shù)據采集、傳輸、處理、顯示、記錄打印，對膠帶運輸系統(tǒng)進行遠程集中監(jiān)控，同時配合工業(yè)電視系統(tǒng)實現(xiàn)安全圖像監(jiān)視，以確保人員及設備的安全。 監(jiān)控系統(tǒng)實施后，操作員可以在中控室操作員站上監(jiān)視和控制膠帶運輸機的生產過程，完成對皮帶運輸機生產及相關環(huán)節(jié)的“遙測、遙信和遙控”，實現(xiàn)散貨皮帶運輸生產系統(tǒng)的綜合自動化。該系統(tǒng)的主要功能及特點如下所述： （1）實時運行參數(shù)監(jiān)測。各監(jiān)控系統(tǒng)實時采集生產工況與工藝參數(shù)，采用圖形、報表的形式來顯示系統(tǒng)的實時工況及目前產量、倉儲等。 （2）實時過程控制。分析采集的參數(shù)，各系統(tǒng)自動完成過程控制，或由操作員手動操作控制。 （3）歷史數(shù)據查詢。以上實時生產監(jiān)測數(shù)據均可存貯于服務器中的生產數(shù)據歷史數(shù)據庫中，可實現(xiàn)歷史數(shù)據重顯、歷史趨勢曲線分析，以及通過直方圖、餅圖等進行綜合分析。 （4）設備故障及模擬量超限報警。當設備故障或模擬量超限時，生產監(jiān)測及管理網絡同步顯示故障設備名稱，并可實現(xiàn)語音報警、實時打印故障等功能。將該故障信息存入服務器中的故障信息數(shù)據庫，供以后離線統(tǒng)計分析用。 （5）優(yōu)化生產計劃。在網絡服務器中建立了綜合歷史數(shù)據庫，定時將生產、經營等數(shù)據存入數(shù)據庫中，制作計劃和生產完成情況的趨勢分析圖表，為今后的生產計劃提供參考；根據外運下達計劃和設備實際狀態(tài)、倉儲煤量，合理安排生產計劃和設備維修計劃，以最大限度地減少對生產的影響。 （6）選用先進的控制器，系統(tǒng)的實時性好，可靠性高，數(shù)據處理速度快。采用全分布式控制結構，系統(tǒng)具有較高的可靠性。當?shù)孛娌糠殖霈F(xiàn)控制故障時，井下部分仍可實現(xiàn)集控運行，距離雖遠但通訊網絡速度快，可靠性高，人機界面直觀友好，操作簡便，功能齊全。 （7）減少布線成本。由于大量采用遠距離通訊網絡，大大減少了電纜用量，降低了布線成本，節(jié)約了費用?？刂破骱途W絡的可靠性高，維護工作量小，運行費用低，系統(tǒng)擴展也十分方便，可隨時增加節(jié)點，并通過網絡在中控室在線修改程序。 2.3 服務器 該系統(tǒng)配置服務器一臺，承擔應用服務器和實時及歷史數(shù)據服務器的綜合任務。在該服務器中存儲較復雜的算法和程序，處理復雜計算程序；在其中建立實時數(shù)據庫、歷史數(shù)據庫和故障信息數(shù)據庫，以存儲采集到的實時數(shù)據、歷史數(shù)據和故障信息，并在需要時調出歷史數(shù)據以供離線統(tǒng)計分析用。 2.4 操作員工作站 根據監(jiān)控子系統(tǒng)的功能，在監(jiān)控中心設置膠帶運輸系統(tǒng)操作員監(jiān)控工作站，它們的功能主要有： （1）根據操作人員的不同崗位，設置不同的操作權限，各司其職；提供交互式全中文界面的操作平臺，實現(xiàn)各子系統(tǒng)設備運行狀態(tài)及工藝參數(shù)的直觀動態(tài)顯示；根據工藝流程及聯(lián)鎖關系分別實現(xiàn)各子系統(tǒng)的自動/手動/本地控制。 （2）實時設定各種運行、生產工藝參數(shù)；實時監(jiān)視各子系統(tǒng)設備的運行參數(shù)及狀態(tài)，同時將各參數(shù)數(shù)據存貯在硬盤上，并將必要的數(shù)據上傳至數(shù)據服務器；實時監(jiān)視各子系統(tǒng)傳感器的當前狀態(tài)及測量數(shù)據；對各臺設備及重要傳感器的故障狀態(tài)實時報警，采用聲光報警方式，并且打印報警信息，同時將報警信息存貯入數(shù)據服務器，便于統(tǒng)一管理及以后對報警信息進行分析；隨時查詢、打印實時趨勢曲線以及規(guī)定的任意時間段內的歷史趨勢曲線； 隨時查詢、打印規(guī)定的任意時段內的歷史數(shù)據報表。 2.5 工程師工作站 工程師站除具有操作員工作站的一切功能（需授權）外，還具有以下功能： （1）根據工藝的調整在線修改PCC控制器的應用程序，以適應新工藝的需要。 （2）將監(jiān)控系統(tǒng)中有關數(shù)據進行轉換，并輸入港口的信息管理系統(tǒng)中。 （3）設置彩色打印機，打印實時彩色畫面及彩色趨勢圖。 （4）當某個子系統(tǒng)的操作員工作站發(fā)生故障時，可立即通過設定操作人員權限，將工程師站轉換成為該子系統(tǒng)的操作員工作站。 3 膠帶運輸機的控制和監(jiān)視 3.1設計原則和主要技術要求 該系統(tǒng)由膠帶運輸機、皮帶給料機等基本工藝設備組成，利用控制設備、通訊模塊以及打滑、堆料、超溫、煙霧、縱撕、滅塵、速度、跑偏、料位等保護裝置,實現(xiàn)皮帶運輸機集中控制與監(jiān)測的要求。設計原則和主要技術要求如下： （1）實現(xiàn)膠帶運輸機系統(tǒng)的集中監(jiān)控，實時監(jiān)控設備狀態(tài)和運行參數(shù)，并顯示數(shù)據曲線，對重要信息記錄存盤。 （2）控制方式設有集控自動/集控手動/就地三種，它們之間可互相轉換。正常生產時，使用集控自動方式，設備按工藝要求的順序和流程由中央控制臺自動啟停；使用集控手動方式時，可在中央控制臺操作各設備，但不具備閉鎖和聯(lián)動關系；選擇就地方式時，在現(xiàn)場直接操作有關設備。啟動設備前由集控臺發(fā)出預告信號，30秒后，如果現(xiàn)場設備均滿足集控自動啟動條件，設備將按順序自動啟動。現(xiàn)場信號箱設有起動/停車按鈕，可用停車按鈕停止上述啟動過程。如果設備由集控啟動，控制系統(tǒng)接收到現(xiàn)場停車信號后，可作急停處理，實施故障停車操作程序。 （3）按有關“技術規(guī)程”，膠帶運輸機必須裝設拉線開關、跑偏保護、低速保護等裝置，這些信號均接入集控系統(tǒng)，參與設備的緊急停車和閉鎖停車控制。對設備故障和工藝參數(shù)的異常狀況進行實時報警，并發(fā)出聲光警示信號。一般故障只報警，但當發(fā)生現(xiàn)場設備非正常停車或嚴重故障時，故障設備及其上游設備緊急停車，下游設備順物料流動方向延時閉鎖停車。 3.2主要功能 （1）在每臺設備機頭旁均設有就地操作箱，箱上裝有工作方式轉換開關及就地起/停鈕；所有膠帶運輸機上的給煤點均設置堆煤保護和縱向撕裂保護裝置，以防止膠帶機事故的擴大；所有膠帶運輸機均設有兩級跑偏開關，每隔約50米設置一對跑偏開關，一級跑偏用于故障報警，二級跑偏用于故障停車；所有膠帶運輸機均設拉線開關，用于緊急情況下的停車，急停拉線開關的安裝間距均按50米進行配置，并可擴展下皮帶的跑偏保護，以保證設備和人身安全；擴音電話采用新型的選撥電話系統(tǒng)，安裝間距按200米進行配置。 （2）水平膠帶運輸機的拉緊裝置采用液壓調節(jié)方式，開誠公司提供一套膠帶機的松帶檢測傳感器［8］，由PCC控制完成膠帶機的張力自動調節(jié)功能； 在皮帶機頭設置堆料傳感器，以防止皮帶堆料事故的發(fā)生；在皮帶機上設置皮帶速度傳感器，以檢測皮帶的超速及打滑狀態(tài)；在皮帶廊道設置煙霧傳感器，檢測皮帶廊道的煙霧濃度以防止火災事故的發(fā)生；在皮帶機的主滾筒設置溫度傳感器，實時檢測滾筒的溫度，并配備自動噴水裝置，當滾筒超溫時實施自動噴水以對主滾筒進行冷卻；膠帶運輸機每隔約100米設置起動預警裝置，設備啟動前發(fā)出預警信號，提示有關人員應立即遠離設備；膠帶驅動電動機的電流實時監(jiān)測功能可發(fā)現(xiàn)一些機械設備的潛在故障隱患，運行中對電動機的電流進行實時監(jiān)測分析，當發(fā)生電流超限或突變時報警，嚴重時自動停機。實現(xiàn)給料機與皮帶的閉鎖，實現(xiàn)與前工序皮帶的閉鎖功能，具有自動、手動、檢修等控制方式； （3）在軟件與硬件設計上采用了先進的矩陣控制功能，節(jié)省主電纜的費用；自控系統(tǒng)在性能上具有良好的抗?jié)駸嵝?、抗干擾性；在結構上能滿足在港口條件下迅速檢修或更換元器件，根據港口的現(xiàn)場環(huán)境，控制箱采用不銹鋼結構，其他采用防腐措施；可根據膠帶機系統(tǒng)的故障性質，進行緊急停機、順序停機或發(fā)出報警聲光信號；在集中操作臺上能集中顯示膠帶機的工作狀態(tài)、故障類型、故障地點；將驅動系統(tǒng)中的軟啟動器和變頻器納入監(jiān)控；設有多種操作方式：集中聯(lián)動、集中手動、就地聯(lián)動、就地手動、禁止起動等，使系統(tǒng)操作靈活、可靠。在集中方式下，所有設備由集控室操作員通過上位機操作，多種流程選擇；在聯(lián)動方式下，可根據工藝選擇運輸流程，膠帶啟動順物料流動方向，并根據膠帶速度、長度延時開車，以減少運行時間；重載啟動時，按逆料流方向啟動；系統(tǒng)停止或無料時延時自動停車。 （4）完善的信息處理功能，報警信息、運行參數(shù)、操作記錄等信息自動形成標準格式的數(shù)據庫文件，并在硬盤長期保存，供信息系統(tǒng)調用；實現(xiàn)系統(tǒng)集中監(jiān)控，生產數(shù)據微機化管理［3］： 1）界面直觀友好，操作簡便，功能齊全。有形象逼真的動態(tài)畫面和全中文顯示，還具有實時報警監(jiān)視、安全確認機制和數(shù)據記錄功能。對操作員素質無特殊要求，培訓簡單。 2）報警信息和重要運行參數(shù)在硬盤存儲，數(shù)據表格和曲線可隨時調出。 3）生產數(shù)據存入計算機硬盤，可由管理信息系統(tǒng)按需調用。 （5）具有故障自診斷功能 1）網絡故障自診斷。當網絡發(fā)生斷線、干擾等傳輸故障時，能自動偵測到，并發(fā)出報警信息。 2）PCC故障自診斷。當PCC的CPU和通訊適配器發(fā)生故障時，系統(tǒng)會通過網絡的通訊情況判斷故障，并發(fā)出報警信息；當PCC的I/O模塊發(fā)生故障時，CPU會通過I/O模塊的狀態(tài)位偵測到故障并判斷故障類型，系統(tǒng)將發(fā)出報警信息。 3）傳感器和信號線故障診斷。當模擬量傳感器或信號線發(fā)生斷線故障時，PCC通過測量值判斷故障并發(fā)出報警信息。 3.3 可實現(xiàn)自動化系統(tǒng)與生產管理系統(tǒng)數(shù)據共享 計算機管理工作站設信息管理系統(tǒng)，決策者通過管理工作站可根據各自權限遠程訪問監(jiān)控上位機，并獲得現(xiàn)場生產數(shù)據報表、設備管理信息和生產統(tǒng)計分析。 3.4 維護簡便 （1）I/O模塊采用可拆卸端子排，當出現(xiàn)故障時，集控室將發(fā)出聲光報警信號，可在幾分鐘之內完成對故障部件的更換。 （2）系統(tǒng)擴展方便。當系統(tǒng)改進需要增加新設備時，可以方便地加入節(jié)點，并通過網絡在線修改程序。 （3）由于該系統(tǒng)具有自診斷功能，能及時報告故障時間、位置、類型等信息，便于維護。 4 結束語 通過長期運行的考驗，該港口膠帶運輸機集控系統(tǒng)總體運行情況良好，經濟效益顯著。 港口膠帶輸送機自動化系統(tǒng)涉及的范圍較廣，系統(tǒng)設計時要根據港口工藝、規(guī)模、港區(qū)布置，既要考慮到設備和系統(tǒng)的可靠性、投資方面的合理性，同時也要顧及港口擴建的可行性等因素，只有這樣才能滿足港口擴建、發(fā)展的需要。 參考文獻 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